【摘要】：在翻轉(zhuǎn)課堂、在線實驗及課外自主實驗等新型教學形式中,學生需要能隨時隨地的開展實驗研究,以實現(xiàn)無邊界的實驗教學體系。但完成傳統(tǒng)的基礎(chǔ)電類實驗需要的穩(wěn)壓電源、信號源和示波器等電子實驗儀器存在體積較大和價格昂貴的缺點,很難滿足這類教學體系的需求。為了滿足這類教學需求,本文設(shè)計了基于移動終端控制的多功能便攜式電子實驗儀器,并基于此儀器設(shè)計了全新的無邊界基礎(chǔ)電類實驗教學體系。本文設(shè)計的電子實驗儀器包含硬件設(shè)備端、移動終端應用程序和服務器程序三部分。其中的硬件設(shè)備端與移動終端通過Wi-Fi連接,在移動終端應用程序的控制下具有數(shù)字信號輸出、直流電壓輸出、信號源輸出和信號采集的功能,可以滿足基礎(chǔ)電類實驗對于穩(wěn)壓電源、信號源和示波器等電子實驗儀器的需求。基于Android的移動終端應用程序除了實現(xiàn)對硬件設(shè)備端的控制外,還能幫助學生學習和掌握實驗原理,上傳實驗報告到服務器程序,并與服務器程序通信以實現(xiàn)師生之間的良好交互。服務器端程序接收學生上傳的實驗報告,并將教師的答復信息回發(fā)給移動終端應用程序。本論文的主要工作和創(chuàng)新點如下:(1)設(shè)計并實現(xiàn)了硬件設(shè)備端的硬、軟件開發(fā),開發(fā)的硬件設(shè)備端能滿足基礎(chǔ)電類實驗對電源、信號源和示波器等電子實驗儀器的性能需求;(2)開發(fā)了基于Android的移動終端應用程序,可以全面地幫助學生操控硬件設(shè)備端,并和開發(fā)的服務器程序一起完成了師生之間的良好交互;(3)通過并聯(lián)低位數(shù)的數(shù)模轉(zhuǎn)換(Digital to analog conversion-D/A)芯片和軟件優(yōu)化實現(xiàn)了低成本、高精度電壓基準源。本文基于開發(fā)的電子實驗儀器提出并驗證了一套全新的無邊界實驗教學體系。通過與傳統(tǒng)的采用標準實驗儀器的實驗對比,證明本文設(shè)計的多功能便攜式電子實驗儀器能夠滿足基礎(chǔ)電子實驗對儀器的性能需求。同時本儀器具有的體積小、成本低和方便師生交流的特性,有利于大面積推廣,并打破傳統(tǒng)實驗教學方式對學生空間和時間的限制,實現(xiàn)無邊界實驗教學體系。
【圖文】：

第２章便攜式電子實驗儀器設(shè)計方案邐逡逑方波，信號幅度是在－５Ｖ？＋５Ｖ之間，且偏置電壓可調(diào)；信號采集部分能采集和逡逑ＩＫＨｚ左右的正弦波、三角波和方波，另外，如光敏，溫度，濕度等傳感器實驗逡逑非電量的模擬信號轉(zhuǎn)化為電量信號，電壓范圍一般其變化在0Ｖ？＋５Ｖ，同時變逡逑程連續(xù)且變化頻率低。逡逑．２設(shè)計方案逡逑根據(jù)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)和數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗的要求。設(shè)備端的設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖逡逑所示，它是電子實驗儀器的重要組成部分，主要分為主控模塊、通信模塊和功能逡逑。逡逑

本研宄的控制端采用搭載安卓（Ａｎｄｒｏｉｄ）操作系統(tǒng)的移動智能終端，通過設(shè)計第逡逑三方應用軟件實現(xiàn)教學資料呈現(xiàn)、設(shè)備端控制和實驗交互三種功能，軟件功能架構(gòu)如逡逑圖２．２所示。逡逑￣￣？教學資料現(xiàn)逡逑￣？！邐電ｍ源逡逑邐邋—？（￣信號發(fā)牛器￣逡逑ｍ＂—？設(shè)備端控制——邐邐逡逑撤卜邐￣———邐一？！數(shù)字佶Ｂ？輸丨？Ｔ￣逡逑—？！邐數(shù)據(jù)采集逡逑￣？！￣丈驗結(jié)果反饋逡逑￣？實驗反饋邋—邐邐逡逑邐邋￣？！實驗問題反饋逡逑圖２．２移動終端應用軟件功能架構(gòu)逡逑教學資料呈現(xiàn)功能通過文本、圖片和視頻等方式，幫助學生利用碎片化的時間學逡逑習實驗原理；設(shè)備端控制功能包含電壓源、信號發(fā)生器、數(shù)字信號輸出通道和數(shù)據(jù)采逡逑集部分的控制界面，通過Ｗｉ－Ｈ通道，遠程控制設(shè)備端實現(xiàn)相應的電壓、信號的輸出逡逑及信號的采集。移動終端應用程序需要將學生實驗中設(shè)置的電源參數(shù)、信號源參數(shù)、逡逑信號采集的數(shù)據(jù)和與實驗相關(guān)的問題保存并上傳到與學生和實驗項目對應的數(shù)據(jù)文逡逑件中去，，以使教師方便查閱和解答。逡逑Ｉ逡逑８逡逑
【學位授予單位】：南京師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM930;TP311.52

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本文編號：2615004